Дистанційне зондування Землі — один із найважливіших елементів точного землеробства. Ця новітня технологія передбачає сканування поверхні планети з роздільною здатністю від кількох метрів до кількох сантиметрів. Її широко застосовують у сільському господарстві для автоматизації виробничих процесів, підвищення врожайності та зменшення негативного впливу довкілля на посіви. Сьогодні ми розберемося, як працює дистанційне зондування Землі (ДЗЗ), які види технології стали найбільш поширеними, як цю методику використовують українські аграрії та які перспективи її розвитку існують.
Що таке дистанційне зондування Землі
Дистанційне зондування Землі — це сканування поверхні планети за допомогою авіаційних і космічних платформ. Вони збирають інформацію про рельєф, ступінь відбиття світла, вологість, колірну гаму, температуру та інші важливі характеристики. Завдяки цьому вдається побудувати мапи, які насамперед використовують у сільському господарстві. Але такі зображення корисні і в інших сферах — містобудівництві, видобутку корисних копалин, лісовому господарстві, пошуково-рятувальних роботах, військовій справі тощо.
Сьогодні дистанційне зондування Землі здебільшого здійснюють за допомогою штучних супутників — космічних апаратів, що працюють на різних орбітах. Навіть у разі використання безплатної технології EGNOS користувачі можуть отримувати мапи з роздільною здатністю до 2–3 метрів. При застосуванні апаратних методів поправки й корегування eDif та RTK точність побудови карт збільшується до 15–30 та 8–10 см відповідно. Авіаційне обладнання використовують для термінового оновлення даних чи уточнення мап.
Види дистанційного зондування Землі
Прилади, встановлені на космічних платформах, поділяються на два види — активні й пасивні. Активне дистанційне зондування Землі передбачає використання певних джерел випромінювання — радіохвильового, світлового, інфрачервоного, лазерного тощо. У пасивному ж використовуються лише відбиті сигнали — це робить його чутливим до часу доби й положення космічних тіл, але спрощує конструкцію обладнання та зменшує витрати на отримання інформації. Розглянемо докладніше, які саме методики застосовують у ДЗЗ.
Мікрохвильове сканування
Радіохвилі завдовжки від 1 см до 1 м вільно проходять крізь земну атмосферу, не відбиваючись від хмар і не розсіюючись через погані погодні умови. У сільському господарстві переважно використовують пасивні методики мікрохвильового дистанційного зондування Землі. Вони дають змогу визначати рівень вологості ґрунту й повітря, концентрацію озону в атмосфері й температуру поверхні.
Дані таких досліджень використовують на платформі точного землеробства OneSoil Yield. Її розробила швейцарська компанія OneSoil, а в Україні підтримує команда FRENDT. Це програмне рішення будує карти диференційованого посіву та внесення добрив з подальшим аналізом отриманих результатів карт врожайності.
Активне мікрохвильове сканування використовують рідше. Воно дає змогу визначати контури об’єктів, будуючи мапи фізичного рельєфу та розташування об’єктів. Зазвичай його застосовують для уточнення отриманих даних і створення багатошарових сільськогосподарських карт.
Гіперспектральне сканування
Аналіз видимого світла, відбитого від поверхні планети. Гіперспектральні датчики, на відміну від звичайних спектрометрів, можуть визначати сотні чи навіть тисячі діапазонів світлових хвиль. Це допомагає розрізняти відтінки зеленого — молоде та зріле листя, здорові та хворі рослини тощо. Подібні технології використовують і в системах автоматизації агроскаутингу компанії FRENDT. Вони дають змогу отримувати дані про стан полів у мобільних застосунках, щоб вибирати оптимальні підходи до землеробства.
Пасивне гіперспектральне сканування дає змогу отримувати дуже важливі дані дистанційного зондування Землі. Завдяки роботі в діапазонах ближнього й середнього інфрачервоного випромінювання датчики можуть аналізувати рівень нагріву поверхні планети й сигналізувати про близькі пожежі. Це допомагає вчасно приймати важливі рішення, наприклад, про збільшення обсягів поливу чи виклик екстрених служб.
Сканування за допомогою ехолота
Ультразвукові датчики вперше були створені для дослідження рельєфу морського дна. У дистанційному зондуванні Землі їх використовують для сканування вертикального «стовпа» атмосфери. Оцінюючи швидкість повернення сигналів і ступінь їхнього розсіювання, прилади можуть робити висновки про поточний стан погоди та ступінь насичення повітря вологою.
Комбінуючи дані від ехолотів кількох супутників і вивчаючи цю інформацію у динаміці, можна робити доволі точні прогнози погоди на короткострокову перспективу. Це також дає змогу оптимізувати витрати на полив, вчасно захищати рослини від граду, злив та ураганів, а також вибирати ідеальний момент для внесення агрохімікатів чи збирання врожаю.
Дистанційне зондування Землі в Україні
Перші експерименти зондування Землі з космосу почалися ще в радянську епоху. У 1970-х роках на навколоземну орбіту вийшла ціла серія супутників «Космос», створених українськими вченими з КБ «Південне». Але ці апарати мали переважно військове призначення, а тому сфера використання їхніх даних у сільському господарстві обмежувалася кількома вузькоспеціалізованими експериментами.
До ідеї використовувати дані дистанційного зондування Землі повернулися на початку 2000-х років, коли у відкритому доступі з’явилися мапи, побудовані за допомогою американських супутників Landsat. Це найбільш тривала й інформативна програма ДЗЗ, яка продовжує працювати сьогодні та передбачає запуск нових космічних апаратів у майбутньому.
У 2004 році Україна запустила власний супутник Січ-1М, який поміж інших задач здійснював дистанційне зондування Землі. На жаль, він вийшов із ладу в 2006 році, хоча деякі його дані досі використовуються в науковій та аграрній сферах.
Сьогодні українське сільське господарство отримує дані від таких угрупувань космічних супутників, обладнаних спектрометрами, радіометрами, ехолотами, лазерними альтиметрами та іншими дослідницькими приладами:
- RADARSAT Constellation;
- TerraSAR-X;
- Sentinel та ін.
Для доступу до інформації використовують різноманітні хмарні платформи. Яскравим прикладом слугує сервіс EOS Data Analytics, який пропонує низку спеціалізованих рішень для аграріїв. Його користувачі можуть отримувати карти стану посівів і дані про стан поверхні планети, зокрема про температуру, вологість, рух атмосферних фронтів тощо. Відкритий API дає змогу передавати дані до кастомного програмного забезпечення, зокрема десктопних і мобільних застосунків. Завдяки цьому можна отримати індивідуальне рішення, створене спеціально під потреби конкретного підприємства.
Отримання даних дистанційного зондування Землі — це одна з найважливіших і найпоширеніших високотехнологічних послуг в українському сільському господарстві. Вона швидко окупає інвестиції завдяки всебічній оптимізації діяльності підприємства. І все ж в аграріїв можуть виникати проблеми з її фінансуванням. На щастя, їх можна легко подолати за допомогою сервісу агро розстрочки WEAGRO. Серед наших партнерів — провайдери готових рішень для точного землеробства. Вони пропонують застосунки й сервіси, що використовують дані ДЗЗ з регулярним оновленням та уточненням. Ви можете отримувати доступ до них зараз, а сплачувати за використання важливої інформації пізніше, зокрема після збирання врожаю.
Читайте також: Що таке розстрочка: різниця між кредитом і розстрочкою
У 2013 році в Україні були прийняті концептуальні основи Закону «Про державне регулювання у сфері дистанційного зондування Землі». Але цей документ так і не потрапив на розгляд до Верховної Ради. Натомість його чернетка була опрацьована Кабінетом Міністрів у 2015 році. Вона стала основою для нового законопроекту, висунутого Державним космічним агентством України у 2019 році. Наразі цей документ також не прийнятий — до остаточного врегулювання використання ДЗЗ у сільському господарстві та інших сферах планують повернутися після закінчення повномасштабної війни.
Використання даних дистанційного зондування Землі в агросекторі
Найпоширеніші приклади використання даних дистанційного зондування Землі:
- Комплексний моніторинг сільськогосподарських угідь — оцінка стану рослин з інтервалом від кількох годин до 1–3 днів.
- Відстеження продуктивності певних ділянок і культур — аналіз характеристик поверхні планети дає змогу прогнозувати рівень урожайності.
- Раннє виявлення найбільших ризиків — погіршення погодних умов, пожеж, ураження рослин хворобами, розмноження шкідників тощо.
- Зниження витрат — карти змінної норми внесення (VRA) дають змогу оптимізувати використання насіння, води, добрив та отрутохімікатів залежно від поточного стану рослин і грунтів.
- Інвентаризація посівів — дистанційне зондування Землі можна використовувати для первинної розробки мап території та цифровізації отриманих даних.
- Моніторинг сільськогосподарських робіт — супутникове спостереження дає можливість стежити за процесами посіву, збирання врожаю, поливу тощо. Ви можете порівнювати їх із планами, щоб оцінювати продуктивність підприємства.
- Прогнозування погоди — космічні спостереження набагато точніші за традиційні методики. Останнім часом їхня похибка значно зменшилася завдяки обробці даних за допомогою штучного інтелекту.
Вся ця інформація може бути доступною для вашого фермерського господарства чи сільськогосподарського підприємства. Сервіс агро розстрочки WEAGRO — зручне рішення для підписки на платні сервіси супутникового спостереження та дистанційного зондування Землі. Відтермінування оплати поширюється як на техніку, так і на спеціалізовані послуги. Ви можете вибрати провайдера з-поміж наших партнерів чи знайти власне рішення, запропонувавши розробнику долучитися до платформи WEAGRO.
Перспективи використання даних дистанційного зондування Землі в Україні
Сфера ДЗЗ постійно розвивається. За словами молодшого наукового співробітника Наукового центру аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук НАН України Ольги Томченко, ще п’ять років тому територію нашої країни досліджували 20 супутників, а сьогодні їхня кількість збільшилася до 300. Відповідно, розширилися й можливості обладнання, яке аналізує випромінювання в нових спектрах і з більшою роздільною здатністю.
Тому в найближчому майбутньому дистанційне зондування Землі може бути застосовано для розв’язання таких задач у сфері сільського господарства:
- пошуку зв’язку між цвітінням водойм та урожайністю прибережних ділянок;
- виявлення незаконних забудов на землях сільськогосподарського призначення;
- встановлення меж містобудівництва в традиційно аграрних регіонах;
- прогнозування пожеж у лісах і торф’яниках.
Ще одним напрямом розвитку технології може бути автоматизація і роботизація сільськогосподарської техніки. Отримуючи дані від сервісів дистанційного зондування Землі, машини самостійно обиратимуть потрібні функції та налаштування. Це дасть змогу обробляти кожен метр чи навіть сантиметр ґрунту оптимальним способом. Єдиними задачами людини в такій ситуації будуть контроль і вибір правильної конфігурації техніки.
Читайте також: Як визначити кислотність ґрунту і як її знизити чи збільшити
Висновки
Дистанційне зондування Землі — це ключ до точного землеробства. Супутниковий моніторинг дає змогу вибирати оптимальні техніки сільського господарства та стежити за поточним станом угідь. У майбутньому його методи в поєднанні зі штучним інтелектом можуть використовуватися для автоматизації та роботизації машин.
